【摘要】我國(guó)傳統(tǒng)古建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，極易受到自然和人為的破壞，所以利用古建筑信息進(jìn)行遺跡保護(hù)變得尤為重要。如何減少古建筑保護(hù)時(shí)產(chǎn)生的破壞，是值得我們思考和探索的重要任務(wù)。文章通過對(duì)民國(guó)時(shí)期的一個(gè)民居建筑群進(jìn)行數(shù)字化建模為例，分析數(shù)字化建模對(duì)古建筑保護(hù)和信息保存的積極意義，尤其對(duì)古建筑群的整體三維重建具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化建模；古建筑保護(hù)；瑞安堡

1引言

(資料圖片)

傳統(tǒng)的古建筑保護(hù)一般從實(shí)物和信息兩個(gè)方面結(jié)合進(jìn)行保護(hù)。實(shí)物保護(hù)以實(shí)地勘察為主，通過勘察發(fā)現(xiàn)古建筑損壞之處，再由維修人員對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性保護(hù)，而保護(hù)過程中的信息記載主要以文字、影像、圖表等形式呈現(xiàn)。隨著時(shí)光流逝，這些傳統(tǒng)的信息儲(chǔ)存方式漸漸消失在歷史的漫漫長(zhǎng)河之中，殘存下來(lái)的建筑圖紙和歷史影像也不能直觀反映出古建筑的真實(shí)原貌和精確尺寸，甚至有不少文物建筑沒有文獻(xiàn)資料遺存，使得文物復(fù)原與重建的工作難度增加[1]。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用現(xiàn)代化信息手段使古建筑保護(hù)數(shù)字化、信息化，對(duì)古建筑遺產(chǎn)的保護(hù)與傳承起到非常重要的作用。

2瑞安堡概述

瑞安堡作為目前甘肅河西地區(qū)保存最完整的堡寨式建筑，無(wú)論從建筑的形式，還是建造的規(guī)模來(lái)看，都是目前體量最大，整合度最高的代表性堡寨式傳統(tǒng)建筑，其院落空間布局及內(nèi)部單體建筑特征都具有非常重要的研究意義[2]。瑞安堡的建造年代為民國(guó)時(shí)期，距今有近百年的歷史，是研究武威地區(qū)堡寨建造形式歷史文化的重要實(shí)物資料。瑞安堡坐北朝南，由民居住宅與院落空間共同構(gòu)成長(zhǎng)方形的建筑總平，其東西寬56m，南北長(zhǎng)100m，平面布局為文字象征的“一品當(dāng)朝”（見圖1），而平面總體造形呈“鳳凰單展翅”[3]。作為集居住與防御于一體的堡寨式建筑，瑞安堡以高墻為筑，將整個(gè)院落與建筑包圍在城墻之中，僅開放主城門為唯一出入口。瑞安堡整體空間的基本形制可以看作是城墻與三進(jìn)式四合院的組合。堡中的建筑群多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過歲月與戰(zhàn)爭(zhēng)的洗禮，現(xiàn)存古建筑都已遭受不同程度的損壞，傳統(tǒng)的古建筑保護(hù)手段已經(jīng)不能起到有效保護(hù)的作用。

3瑞安堡數(shù)字化模型構(gòu)建過程

在對(duì)古建筑進(jìn)行數(shù)字化建模之前，需要收集、整理和儲(chǔ)存古建筑的相關(guān)信息內(nèi)容。數(shù)字化技術(shù)的日益進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)無(wú)破壞保護(hù)古建筑的先決條件，在收集古建筑相關(guān)信息內(nèi)容時(shí)要增強(qiáng)對(duì)信息的組織和處理能力，以便順利完成古建筑信息數(shù)字化收集的基礎(chǔ)工作。瑞安堡始建于民國(guó)27年，其建筑實(shí)物保存較為完整，并未涉及部分建筑需要復(fù)原。因此，在初期的信息獲取這一階段難度不大，重點(diǎn)和難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的整理和錄入以及信息模型的建立。

3.1信息采集及數(shù)據(jù)整理武威瑞安堡建筑群的信息采集工作主要包括空間幾何信息和歷史人文信息。空間幾何信息是指古建筑的整體三維形狀、幾何空間大小以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造尺寸等，空間幾何信息是可以通過現(xiàn)代技術(shù)手段以及電子設(shè)備來(lái)獲取，通常借助GIS技術(shù)和三維激光掃描儀進(jìn)行采集，通過對(duì)收集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，為后期生成古建筑數(shù)字化模型做準(zhǔn)備[4]。歷史人文信息包括建筑本身的建筑材料、地域特色、人文背景以及藝術(shù)價(jià)值等，對(duì)這部分信息的獲取不能依靠測(cè)量的手段，只能通過實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)檢索進(jìn)行信息收集，最終通過人工與軟件結(jié)合的方法進(jìn)行信息梳理。

3.2數(shù)字化模型構(gòu)建瑞安堡建筑群的數(shù)字化建模過程以BIM軟件為基礎(chǔ)，GIS技術(shù)為框架，開展的逆向建模工程，運(yùn)用Rivet軟件“族群”去劃分每個(gè)古建筑構(gòu)件的實(shí)例，進(jìn)而正向建立古建筑數(shù)字化三維模型[5]。在建立特定模型之前，以古建筑構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)則為底層邏輯，在GUI中錄入古建筑內(nèi)部空間和大樣的尺寸等關(guān)鍵參數(shù)。在對(duì)單體古建筑各參數(shù)輸入的過程中總結(jié)出古建筑中各建筑構(gòu)件的關(guān)鍵參數(shù)，并將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可以生成用戶所需古代建筑組件的一些參數(shù)。尤其是中國(guó)的古建筑中細(xì)部構(gòu)件種類繁多（見圖2），主題樣式不限，有了這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，將來(lái)對(duì)模型進(jìn)行建模時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵參數(shù)生成用戶所需的古建筑構(gòu)件及其他關(guān)鍵參數(shù)。

3.3屬性信息錄入瑞安堡建筑群的數(shù)字化三維模型包含許多屬性信息，例如各建筑單體本身的整體結(jié)構(gòu)和細(xì)部構(gòu)造特征會(huì)因建筑層數(shù)而異，瑞安堡作為武威地區(qū)現(xiàn)存唯一的堡寨建筑，其建造工藝風(fēng)格、人文藝術(shù)價(jià)值都十分重要。屬性數(shù)據(jù)除了當(dāng)時(shí)測(cè)繪所得的一些矢量圖形之外，還包括不同時(shí)期對(duì)瑞安堡建筑群體采取保護(hù)措施時(shí)所記載的修繕資料、歷史文獻(xiàn)、各類聲頻及影像資料。結(jié)束模型構(gòu)建工作后，構(gòu)造、材質(zhì)、物理等信息將被統(tǒng)一在古建模型的數(shù)據(jù)部分，并且一同儲(chǔ)存在原先已有的空間數(shù)據(jù)之中。

3.4建筑模型的虛擬展示瑞安堡三維建筑模型的虛擬展示主要依托于VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)，VR技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)生成一種可對(duì)參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受，并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術(shù)[6]。通過虛擬展示技術(shù)創(chuàng)建符合瑞安堡人文歷史背景的虛擬環(huán)境之后，將瑞安堡的數(shù)字化模型置入虛擬場(chǎng)景，加入設(shè)計(jì)者對(duì)瑞安堡建筑群本體及其周圍環(huán)境的了解，在計(jì)算機(jī)中形成高度模擬現(xiàn)實(shí)世界中人與環(huán)境的一種虛擬仿真場(chǎng)景。為了減少人為因素對(duì)古建筑的破壞，游客可以借助VR眼鏡走進(jìn)瑞安堡建筑群，跨時(shí)空感受人與建筑的互動(dòng)。

4古建筑數(shù)字化保護(hù)的意義

古建筑屬于不可移動(dòng)文物，當(dāng)古建筑受到外界因素破壞時(shí)，需要人為的去修復(fù)，在修復(fù)過程中難免會(huì)遭受二次破壞，在這個(gè)過程中，需要合理運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行修復(fù)，以保證其承載的地方歷史文化得以傳承。古建筑保護(hù)與數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合將以高效率、低成本的方式去傳承古建筑文化。

4.1建立古建筑數(shù)字化檔案不同的古建筑承載著不同時(shí)代的歷史文化，科技化、數(shù)字化的測(cè)量方式比傳統(tǒng)的測(cè)量方式更加快速準(zhǔn)確，能夠更真實(shí)地還原古建筑的原始風(fēng)貌。在對(duì)古建筑數(shù)字化建模的過程中，已將古建筑有關(guān)的空間幾何信息以及歷史文化信息輸入同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于古建筑的修復(fù)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化統(tǒng)一配合。古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、持續(xù)收集，后期進(jìn)行改擴(kuò)建或者修繕的檔案數(shù)據(jù)也要實(shí)時(shí)歸檔，完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)工作。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立除了滿足其他行業(yè)人員對(duì)古建筑數(shù)據(jù)的需求之外，還可以加強(qiáng)政府及相關(guān)工作人員對(duì)古建筑信息的管理。

4.2對(duì)古建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行還原數(shù)字化技術(shù)還可以在古建筑的修復(fù)還原過程中起到正向的功能。對(duì)于在實(shí)施數(shù)字化保護(hù)之前就已缺失部分構(gòu)件的古建筑，可以采集數(shù)字化測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，將其輸入計(jì)算機(jī)軟件完成三維建模，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬合成，將古建筑破損或缺失的部位進(jìn)行完整還原。對(duì)于現(xiàn)狀保存完好的古建筑，可以通過上述步驟建立數(shù)字化三維模型，并成立數(shù)據(jù)庫(kù)，將該建筑相關(guān)的空間幾何信息和歷史文化信息都儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)古建筑的原始樣貌進(jìn)行永久保存，以便后期古建筑遭受不可抗力因素被破壞時(shí)能夠?qū)ζ鋵?shí)現(xiàn)零誤差還原。

5古建筑數(shù)字化保護(hù)方面的欠缺

5.1古建筑數(shù)字化應(yīng)用單一在古建筑領(lǐng)域的應(yīng)用方面，現(xiàn)階段數(shù)字化技術(shù)功能缺乏層次體系。除數(shù)字化管理古建筑時(shí)空信息的基礎(chǔ)職能之外，其最廣的應(yīng)用便是利用VR技術(shù)可視化古建筑的三維模型。雖然我國(guó)利用數(shù)字化技術(shù)保護(hù)古建筑的工作已有初步成效，但是在古建筑預(yù)防性保護(hù)和事后修復(fù)性保護(hù)方面還有一定的欠缺和不足[7]。古建筑實(shí)現(xiàn)數(shù)字化之后可以考慮與其他行業(yè)共同合作，實(shí)現(xiàn)古建筑數(shù)字資源的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，擴(kuò)大古建筑文化的影響范圍。

5.2數(shù)字化檔案建立不夠完善古建筑數(shù)字化的目標(biāo)就是建立一個(gè)翔實(shí)的數(shù)字檔案館。建設(shè)我國(guó)古建筑數(shù)字化檔案是加強(qiáng)我國(guó)古建筑保護(hù)的必由之路。現(xiàn)在大部分古建筑數(shù)字化的表現(xiàn)形式都是以計(jì)算機(jī)專家參與為主導(dǎo)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)記錄古建筑本身的空間幾何信息，但古建筑包含的人文社會(huì)、歷史藝術(shù)等隱性文化還待進(jìn)一步融合。數(shù)字化檔案的建立是為了多學(xué)科、多行業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)字化成果轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)，不能只為了單一的某個(gè)應(yīng)用而積累數(shù)據(jù)。

6結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化技術(shù)與古建筑的結(jié)合是現(xiàn)階段古建筑保護(hù)領(lǐng)域的藍(lán)海。本文以武威瑞安堡為例，闡述了古建筑數(shù)字化建模的邏輯思路，展示數(shù)字化技術(shù)對(duì)古建筑遺產(chǎn)保護(hù)的價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，提出一些對(duì)于國(guó)內(nèi)目前古建筑數(shù)字化保護(hù)方面的認(rèn)識(shí)與反思。古建筑作為我國(guó)的不可再生資源，合理地應(yīng)用和推廣數(shù)字化能夠有效保護(hù)我國(guó)古建筑，減少由于傳統(tǒng)保護(hù)不當(dāng)而造成的資源浪費(fèi)。數(shù)字化傳承的普及就是為了弘揚(yáng)文化遺產(chǎn)，在不斷完善古建筑數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，要讓古建筑數(shù)字化保護(hù)走向大眾，盡可能地將建筑所蘊(yùn)含的藝術(shù)文化信息真實(shí)再現(xiàn)。

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作者:朱曉青 單位:西南交通大學(xué)建筑學(xué)院